chap8壓電式傳感器教學(xué)課件

chap8壓電式傳感器幻燈片PPT本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！chap8壓電式傳感器幻燈片PPT本課件PPT僅供大§8.1壓電效應(yīng)順壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)，在受到一定方向的外力作用而變形時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，而在其表面產(chǎn)生電荷，當(dāng)去掉外力后，又重新回到不帶電狀態(tài)，這種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象，稱為順壓電效應(yīng)，又稱為壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在電介質(zhì)極化方向施加電場時，電介質(zhì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形，內(nèi)部出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力，這種將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的現(xiàn)象稱“逆壓電效應(yīng)”,又稱為電致伸縮效應(yīng)--驅(qū)動器。FF極化面Q壓電介質(zhì)機(jī)械能｛電能｝正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)及可逆性§8.1壓電效應(yīng)順壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)，在受到一定方向壓電傳感器的特點

1）磁電式速度傳感器響應(yīng)頻率范圍窄；2）磁電式機(jī)械運動部件容易損壞；3）磁電式傳感器質(zhì)量大，造成系統(tǒng)附加質(zhì)量大。與磁電式傳感器的比較：力敏感傳感器，可測力、壓力、加速度等雙向有源傳感器體積小、重量輕結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠頻帶寬壓電傳感器的特點與磁電式傳感器的比較：力敏感傳感器，可測

各種小巧的壓力傳感器

壓電傳感器的外形

壓力變送器部件

壓力變送器

各種小巧的壓力傳感器

壓電傳感器的外形

一、石英晶體（SiO2)的壓電效應(yīng)特點：石英晶體是各向異性晶體晶體分右（左）旋外形規(guī)則xyz一、石英晶體（SiO2)的壓電效應(yīng)特點：xyz石英晶體的三個晶軸光學(xué)軸（基準(zhǔn)軸，Z軸）：光沿該方向通過沒有雙折射現(xiàn)象，該方向沒有壓電效應(yīng)，光學(xué)方法確定。電軸（X軸）：經(jīng)過晶體棱線，垂直于該軸的表面上壓電效應(yīng)最強(qiáng)。機(jī)械軸（Y軸）：垂直于XZ面，在電場作用下，該軸方向的機(jī)械變形最明顯。石英晶體的三個晶軸光學(xué)軸（基準(zhǔn)軸，Z軸）：光沿該方向通過沒有石英晶體壓電效應(yīng)機(jī)理電偶極矩P=qL,q為電荷量,L為正負(fù)電荷之間距離。2O2-Si4+L石英晶體壓電效應(yīng)機(jī)理電偶極矩P=qL,q為電荷量,L為正+++---XYP1P2P3當(dāng)石英晶體未受外力作用時,正、負(fù)離子正好分布在正六邊形的頂角上,形成三個互成120°夾角的電偶極矩P1、P2、P3。此時正負(fù)電荷重心重合,電偶極矩的矢量和等于零,即P1+P2+P3=0,所以晶體表面不產(chǎn)生電荷,即呈中性。+++---XYP1P2P3當(dāng)石英晶體未受外力作用時,正、受到X方向的力—縱向壓電效應(yīng)+++---XYP1P2P3晶體沿x方向?qū)a(chǎn)生壓縮變形,正負(fù)離子的相對位置也隨之變動。此時正負(fù)電荷重心不再重合。電偶極矩在x方向上的分量由于P3的減小和P1、P2的增加而不等于零,在x軸的正方向出現(xiàn)正電荷,電偶極矩在y方向上的分量仍為零,不出現(xiàn)電荷。當(dāng)作用力方向相反時,電荷的極性也隨之改變。受到X方向的力—縱向壓電效應(yīng)+++---XYP1P2P3晶體受到Y(jié)方向的力—橫向壓電效應(yīng)+++---XYP1P2P3當(dāng)晶體受到沿y軸方向的壓力作用時,P3增大,P1、P2減小。在垂直x軸表面上出現(xiàn)電荷,它的極性為：x軸正向為負(fù)。在y軸方向上不出現(xiàn)電荷。當(dāng)作用力方向相反時,電荷的極性也隨之改變。受到Y(jié)方向的力—橫向壓電效應(yīng)+++---XYP1P2P3當(dāng)晶受到Z方向的力—沒有壓電效應(yīng)產(chǎn)生+++---XYP1P2P3如果沿z軸方向施加作用力,因為晶體在x方向和y方向所產(chǎn)生的形變完全相同,所以正負(fù)電荷重心保持重合,電偶極矩矢量和等于零。這表明沿z軸方向施加作用力,晶體不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)。受到Z方向的力—沒有壓電效應(yīng)產(chǎn)生+++---XYP1P2P3受到三向等壓力—沒有壓電效應(yīng)產(chǎn)生+++---XYP1P2P3如果沿x、y、z軸方向施加相同的作用力,只有體積變化，沒有形變，正負(fù)電荷重心保持重合,電偶極矩矢量和等于零，晶體不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，即沒有體積變形的壓電效應(yīng)。受到三向等壓力—沒有壓電效應(yīng)產(chǎn)生+++---XYP1P2P3二、壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。如BaTiO3、PbTiO3、PbZrO3。材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇,它有一定的極化方向,從而存在電場。在無外電場作用時,電疇在晶體中雜亂分布,它們的極化效應(yīng)被相互抵消,壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性,不具有壓電性質(zhì)。二、壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。如壓電陶瓷極化處理在陶瓷上施加外電場時,電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動,趨向于按外電場方向的排列,從而使材料得到極化。外電場愈強(qiáng),就有更多的電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場方向。讓外電場強(qiáng)度大到使材料的極化達(dá)到飽和的程度,即所有電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時,外電場去掉后,電疇的極化方向變化不大,即剩余極化強(qiáng)度很大,這時的材料才具有壓電特性。極化方向即外加電場方向，取為Z軸方向。E壓電陶瓷極化處理在陶瓷上施加外電場時,電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)壓電效應(yīng)演示壓電效應(yīng)演示三、壓電常數(shù)和表面電荷計算1、壓電效應(yīng)的表達(dá)式：σj:j方向的應(yīng)力dij:j方向的力使得i面產(chǎn)生電荷的壓電常數(shù)ij:j方向的力在i面產(chǎn)生的電荷密度電荷量：面積三、壓電常數(shù)和表面電荷計算1、壓電效應(yīng)的表達(dá)式：σj:j方x(1)y(2)z(3)i(i=1,2,3):表示晶體的極化方向，即在i面上產(chǎn)生電荷。1、2、3分別表示垂直于x、y、z軸的晶片表面j(j=1,2,3,4,5,6):1，2，3表示沿x,y,z方向作用的單向正應(yīng)力；4，5，6表示在yz,zx,xy平面上承受的剪切應(yīng)力X0°切型石英晶體切片的力——電分布xz3(

1)

2

1465(3)(2)(1)(3)(2)ij=dijj

i=1、2、3j=1、2、3、4、5、6yx(1)y(2)z(3)i(i=1,2,3):表示晶體的極化壓電特性的矩陣表示矩陣的重要性壓電特性的矩陣表示矩陣的重要性關(guān)于壓電特性矩陣的說明：表示壓電元件的能量轉(zhuǎn)換方式dij的大小表示壓電效應(yīng)的強(qiáng)弱若矩陣中某一dij=0,則表示在j方向上的應(yīng)力在i方向上沒有壓電效應(yīng)是選擇轉(zhuǎn)換元件、確定壓電效應(yīng)產(chǎn)生方向、轉(zhuǎn)換效率的重要依據(jù)設(shè)計思考：測量什么？如何測量？關(guān)于壓電特性矩陣的說明：表示壓電元件的能量轉(zhuǎn)換方式設(shè)計思考：壓電效應(yīng)能量轉(zhuǎn)換的幾種基本形式厚度拉（壓）型長度拉（壓）型壓電效應(yīng)能量轉(zhuǎn)換的幾種基本形式厚度拉（壓）型長度拉（壓）型厚度切變型厚度切變型三力相等：壓電陶瓷受壓變體積型厚度切變型厚度切變型三力相等：壓電陶瓷受壓變體積型正壓電效應(yīng)與剪切壓電效應(yīng)比較正壓電效應(yīng)與剪切壓電效應(yīng)比較2、石英晶體的壓電常數(shù)和表面電荷計算㈠在x面上產(chǎn)生電荷：⑴在1作用下，產(chǎn)生厚度變形（縱向壓電效應(yīng)）2、石英晶體的壓電常數(shù)和表面電荷計算㈠在x面上產(chǎn)生電荷：⑴在⑵在2作用下，產(chǎn)生長度變形（橫向壓電效應(yīng)）由石英晶體的對稱性：⑵在2作用下，產(chǎn)生長度變形（橫向壓電效應(yīng)）由石英晶體的對稱⑶在3作用下，沒有壓電效應(yīng)⑷實驗研究，在剪切應(yīng)力4、

5、

6作用下：⑶在3作用下，沒有壓電效應(yīng)⑷實驗研究，在剪切應(yīng)力4、在x面上產(chǎn)生電荷：在x面上產(chǎn)生電荷：㈡實驗研究，在y面上產(chǎn)生電荷其它方向的壓電系數(shù)為：正應(yīng)力：剪切應(yīng)力：㈢在Z面上產(chǎn)生電荷㈡實驗研究，在y面上產(chǎn)生電荷其它方向的壓電系數(shù)為：正應(yīng)力：剪石英晶體的壓電方程石英晶體的壓電方程chap8壓電式傳感器教學(xué)課件石英晶體的基本變形形式厚度受力變形（d11)長度受力變形（d12)xyz11+-zxy22+-石英晶體的基本變形形式厚度受力變形（d11)長度受力變形（d面剪切變形(d14)xyz+-4面剪切變形(d25)yxz+-5面剪切變形(d14)xyz+-4面剪切變形(d25)yxz厚度剪切變形(d26)yxz6+-厚度剪切變形(d26)yxz6+-3、壓電陶瓷的壓電常數(shù)和表面

電荷計算zxy123z:極化方向；x、y可以互換。3、壓電陶瓷的壓電常數(shù)和表面

電荷計算zxy123z:1）在1、2、3作用下，z面產(chǎn)生電荷(d31≠0,d32≠0,d33≠0）xyz123可以互換方向：x(或1)和y（或2）；推論：x、y方向的剪應(yīng)力可以互換，即數(shù)字4、5。1）在1、2、3作用下，z面產(chǎn)生電荷(d31≠0,2）在4作用下，在y面產(chǎn)生電荷(d24≠0）——厚度切變型yz42）在4作用下，在y面產(chǎn)生電荷(d24≠0）——厚度切變型3）在T5作用下，在x面產(chǎn)生電荷(d15≠0）——厚度切變xz53）在T5作用下，在x面產(chǎn)生電荷(d15≠0）——厚度切變x壓電陶瓷壓電方程壓電陶瓷壓電方程chap8壓電式傳感器教學(xué)課件壓電陶瓷變形形式：厚度變形：d33長度變形：d31、d32厚度剪切變形：d24、d15體積變形：d31、d32、d33壓電陶瓷變形形式：厚度變形：d33練習(xí)例1、已知石英晶體的壓電系數(shù)矩陣如下所示，當(dāng)晶體受到機(jī)械應(yīng)力作用時，有哪幾種變形方式具有力—電能量轉(zhuǎn)換的作用（即具有壓電效應(yīng)）？

d11d120d1400dij=

0000d25d26000000壓電陶瓷練習(xí)例1、已知石英晶體的壓電系數(shù)矩陣如下所示，當(dāng)晶體受到機(jī)械§8.2壓電材料壓電晶體壓電陶瓷高分子壓電材料壓電材料：明顯呈現(xiàn)壓電效應(yīng)的敏感功能材料。性能要求：大壓電系數(shù)、剛度、電阻率和介電系數(shù)、機(jī)械強(qiáng)度高、居里點高等。常用壓電材料：§8.2壓電材料壓電晶體壓電材料：明顯呈現(xiàn)壓電效應(yīng)的敏感功一、壓電晶體1、石英晶體的幾何切型：在晶體坐標(biāo)中取某一方位的切割.切族分類X切族:原始位置：厚度方向平行于x軸，長度方向平行于y軸，寬度方向平行于z軸。Y切族:原始位置：厚度方向平行于y軸，長度方向平行于x軸，寬度方向平行于z軸。石英、酒石酸鉀鈉、電氣石、鱗酸銨、硫酸鋰等.一、壓電晶體1、石英晶體的幾何切型：在晶體坐標(biāo)中取某一方位的X切族X切族的IRE表示方法：xyY切族的IRE表示方法：yxX切族X切族的IRE表示方法：xyY切族的IRE表示方法：y幾何切型的表示方法：切型代號：表示原始方位晶片旋轉(zhuǎn)角：從x或y的正端看，逆時針為+，順時針為-旋轉(zhuǎn)軸例如：（xytl)+50/(-500)幾何切型的表示方法：切型代號：表示原始方位晶片旋轉(zhuǎn)角：旋石英晶體的基本切型xy（X00)xyzyx（Y00)zyx習(xí)慣表示習(xí)慣表示石英晶體的基本切型xy（X00)xyzyx（Y00)zyx習(xí)例1：（yxl)+35015’(AT切型）xyzy’z’35015’xyzy’z’35015’例1：（yxl)+35015’(AT切型）xyzy’z’35例2（xytl)+50/(-500)(NT切型）：zyxxyz50zyx500繞厚度軸轉(zhuǎn)繞長度軸轉(zhuǎn)例2（xytl)+50/(-500)(NT切型）：zyxx2、石英晶體的主要性能不需要人工極化沒有熱釋電效應(yīng)介電常數(shù)、壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好居里點溫度高：5730C居里點：壓電材料開始喪失壓電性能的溫度性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高2、石英晶體的主要性能不需要人工極化二、壓電陶瓷鈦酸鋇（BaTiO3）：1）最早使用；2）由碳酸鋇和二氧化鈦按一定比例混合后燒結(jié)而成；3）d15=260PC/N,d31=-78PC/N,d33=190PC/N，是石英的幾十倍；4）工作溫度最高只有80℃,溫度穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度都不如石英。鈮酸鋰（LiNbO3)單晶：1）多疇結(jié)構(gòu)，需要極化處理；2）壓電常數(shù)達(dá)80PC/N;3)工作溫度760℃。二、壓電陶瓷鈦酸鋇（BaTiO3）：鈮酸鋰（LiNbO3)壓電陶瓷鋯鈦酸鉛（PZT）：(有4、5、8等多種系列）1）目前普遍使用；2）是鈦酸鋇（BaTiO3)和鋯酸鉛（PbZrO3）組成；3）d15=410,d31=-100,d33=200；4）工作溫度250℃。性能遠(yuǎn)優(yōu)于鈦酸鋇。壓電陶瓷鋯鈦酸鉛（PZT）：(有4、5、8等多種系列）三、聚偏二氟乙烯（PVF2)有機(jī)高分子半晶態(tài)聚合物，定向拉伸后，由晶型轉(zhuǎn)化為晶型，此時有壓電效應(yīng)；壓電常數(shù)在拉伸長度方向最大，d31=20PC/N,垂直于長度方向的壓電常數(shù)d320.2d31;頻響范圍寬，10-5Hz~500MHz;柔軟，加工性能好；聲阻抗與水、人體肌肉接近；熱穩(wěn)定性好。三、聚偏二氟乙烯（PVF2)有機(jī)高分子半晶態(tài)聚合物，定向拉伸常用壓電材料的性能參數(shù)比較如果環(huán)境溫度高，宜選擇何種材料？如果溫度環(huán)境好，靈敏度要求較高呢？常用壓電材料的性能參數(shù)比較如果環(huán)境溫度高，宜選擇何種材料？如§8.3等效電路和測量電路晶體上聚集正負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個極板,極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì),則其電容量為：力電荷電容器電荷發(fā)生器A——壓電片的面積;d——壓電片的厚度;εr——壓電材料的相對介電常數(shù)?！?.3等效電路和測量電路晶體上聚集正負(fù)電荷的兩表面相電荷等效電路電壓等效電路電荷等效電路電壓等效電路考慮實際使用的等效電路－實際使用時與測量儀器或測量電路相連接,因此還須考慮連接電纜的等效電容Cc,壓電傳感器的泄漏電阻Ra，和放大器的輸入電阻Ri、輸入電容Ci。Ci考慮實際使用的等效電路－實際使用時與測量儀器或測量電路相連接壓電傳感器的特點以及對信號處理電路的要求：特點：有源傳感器高阻抗傳感器小功率要求：阻抗變換信號放大壓電傳感器的特點以及對信號處理電路的要求：特點：測量電路壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高,而輸出能量較小高輸入阻抗的前置放大器1）把高輸出阻抗變換為低輸出阻抗;2）放大傳感器輸出的微弱信號。輸出形式：電壓信號、電荷信號作用要求測量電路壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高,而輸出能量較小高輸入阻前置放大器兩種形式:電壓放大器和電荷

放大器。一、電壓放大器KUaCaRaCcCiRiUinKUaCaRCUin前置放大器兩種形式:電壓放大器和電荷

放大器。一、電壓放大KUaCaRC以壓電陶瓷為壓電材料(縱向壓電效應(yīng)）：厚度方向KUaCaRC以壓電陶瓷為壓電材料(縱向壓電效應(yīng)）：厚度前置放大器輸入電壓幅值為：前置放大器輸入電壓幅值為：輸入電壓與作用力之間的相位差為：理想情況下（輸入電阻Ri＝、且無漏電：Ra＝）R=Ri||Ra=,放大器輸入電壓幅值為：頻率特性輸入電壓與作用力之間的相位差為：理想情況下（輸入電阻Ri＝令：φωτ00901.0UinmUam0.51234從幅度-頻率曲線能得到什么結(jié)論？令：φωτ001.0Uinm0.51234從幅度-頻率曲線能討論：ω=0時（靜態(tài)），Uinm/Uam=0（輸入電壓為零）原因：由于等效電阻不可能無窮大，存在電荷泄漏，所以不能測量靜態(tài)量。>3（動態(tài)），Uinm/Uam≈1，接近理想特性。一定頻率范圍，輸入電壓與作用力頻率無關(guān)。τ一定，ω越高，響應(yīng)越好。對低頻：τ一定，ω↓誤差加大。要求τ要大，擴(kuò)大低頻響應(yīng)范圍。輸出電壓靈敏度受到電纜分布電容影響。討論：ω=0時（靜態(tài)），Uinm/Uam=0（輸入電壓為零改善低頻特性的措施：靈敏度：低頻特性和靈敏度要求矛盾改善低頻特性的措施：靈敏度：低頻特性和靈敏度要求矛盾采取措施：提高絕緣電阻，根據(jù)給定精度合理選擇電壓放大器的輸入電阻Ri。討論：電路簡單、可靠、元件少、價格低;電纜長度有限（1.2m),不能更換。電壓放大器電路特點：不能靠增加電容改善低頻特性。采取措施：提高絕緣電阻，根據(jù)給定精度合理選擇電壓放大器的輸入二、電荷放大器具有深度電容負(fù)反饋的高增益運算放大器KUscCfqa二、電荷放大器具有深度電容負(fù)反饋的高增益運算放大器KUscCRfkUscCfCiCcCaq當(dāng)開環(huán)增益、輸入電阻和反饋電阻相當(dāng)大，Cf折算到輸入端后的輸入電容為：開環(huán)增益RfkUscCfCiCcCaq當(dāng)開環(huán)增益、輸入電阻和反饋電阻Conclusions:輸出與電纜電容無關(guān)電纜可長達(dá)1km；可更換。Rf提供直流負(fù)反饋減小零漂、提高穩(wěn)定度?？蓽y準(zhǔn)靜態(tài)量：τ=RfCf大，可測很低頻率的信號。Conclusions:輸出與電纜電容無關(guān)例題：已知電荷放大器的反饋電容Cf＝50pf，輸入電容Ci＝0，反饋電阻Rf＝1M，電纜電容Cc＝300pf，壓電片的Ca＝100pf,Ra＝,放大器的開環(huán)增益K＝104，求將放大器理想化后引起的誤差？解：理想情況下，實際誤差：例題：已知電荷放大器的反饋電容Cf＝50pf，輸入電容Ci＝基座壓縮型壓電加速度傳感器§8.4壓電式傳感器§8.4.1壓電加速度傳感器殼體彈簧質(zhì)量塊壓電片壓電片基座壓縮型壓電加速度傳感器§8.4壓電式傳感器§8.4.一、工作原理壓電式加速度傳感器屬于慣性式傳感器。測量時傳感器基座與試件剛性連接在一起。它是利用石英晶體等的壓電效應(yīng)，當(dāng)傳感器受振時，質(zhì)量塊受到與加速度方向相反的力的作用，并作用在壓電元件上。當(dāng)被測振動頻率遠(yuǎn)低于加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比。傳感器輸出電荷也與加速度成正比。一、工作原理壓電式加速度傳感器屬于慣性式傳感器。chap8壓電式傳感器教學(xué)課件[質(zhì)量塊的絕對位移x2，激勵為x1，質(zhì)量塊相對位移xt]二、頻響特性－受力分析[質(zhì)量塊的絕對位移x2，激勵為x1，質(zhì)量塊相對位移xt]傳遞函數(shù)xt-質(zhì)量塊相對于傳感器殼體的位移a0-被測物體的振動加速度ω-振動體振動角頻率ω0-傳感器固有角頻率ξ-阻尼比傳遞函數(shù)xt-質(zhì)量塊相對于傳感器殼體的位移頻響特性：在壓電元件的線彈性工作范圍內(nèi)，有：作用在壓電元件上的力相對位移頻響特性：在壓電元件的線彈性工作范圍內(nèi)，有：作用在壓電元件上作用在厚度拉壓型壓電陶瓷上的力作用在厚度拉壓型壓電陶瓷上的力當(dāng)ω/ω0相當(dāng)小時，有：當(dāng)ω/ω0相當(dāng)小時，有：頻率比ω/ω0相對靈敏度00.11.04.01.00.12.0幅頻響應(yīng)曲線(歸一化曲線）＝10520.7070.50.2頻率比ω/ω0相對靈敏度00.11.04.01.00.12仿真結(jié)果：仿真結(jié)果：討論：當(dāng)ω<<ω0時，傳感器的靈敏度近似為一常數(shù)由于壓電式傳感器的變形很小（剛度k很大），所以壓電式加速度傳感器的ω0很大（頻帶較寬）（一般可達(dá)幾十千赫），所以頻響范圍寬、高頻響應(yīng)好。測量上限不能取固有頻率，實際工作頻段取為（1/5）ω0左右。低頻響應(yīng)取決于測量回路，測量回路的時間常數(shù)越大，低頻響應(yīng)越好。討論：當(dāng)ω<<ω0時，傳感器的靈敏度近似為一常數(shù)壓電元件的組合方式壓電元件的組合方式串聯(lián);電荷相等電壓相加電容減小并聯(lián)：電壓相等電荷相加電容相加串聯(lián);并聯(lián)：三、壓電加速度傳感器常用結(jié)構(gòu)1、壓縮型質(zhì)量塊外殼壓電元件基座三、壓電加速度傳感器常用結(jié)構(gòu)1、壓縮型質(zhì)量塊外殼壓電元件基座特點：基于厚度變形,結(jié)構(gòu)簡單；固有頻率較高；靈敏度高（d11、d33大）；對環(huán)境影響（基座變形、應(yīng)變、溫度變化、噪聲）比較敏感。特點：基于厚度變形,結(jié)構(gòu)簡單；壓電傳感器測量振動的動畫演示壓電傳感器測量振動的動畫演示2、剪切型環(huán)型剪切（壓電元件為柱裝圓環(huán)）外殼質(zhì)量塊壓電陶瓷元件中心柱基座膠接2、剪切型環(huán)型剪切（壓電元件為柱裝圓環(huán)）外殼質(zhì)量塊壓電陶瓷元xyz44Z極化方向xy55壓電陶瓷xyz44Z極化方向xy55壓電陶瓷三角剪切型預(yù)緊環(huán)壓電元件質(zhì)量塊三角中心柱特點：不用膠接，溫度范圍寬，線性度高。三角剪切型預(yù)緊環(huán)壓電元件質(zhì)量塊三角中心柱特點：不用膠接，溫度H剪切型1）結(jié)構(gòu)簡單，中心左右對稱；2）壓電元件采用多片疊合，提高輸出電荷、電容；3）可以抑制應(yīng)變、熱感應(yīng)誤差，低頻好，0.1Hz.特點：壓電元件質(zhì)量塊緊固螺栓螺帽H剪切型1）結(jié)構(gòu)簡單，中心左右對稱；2）壓電元件采用多片疊合剪切型總的特點：受環(huán)境影響小橫向靈敏度小尺寸小、重量輕靈敏度高頻響高剪切型總的特點：受環(huán)境影響小(a)中心安裝壓縮型

(b)環(huán)形剪切型

(c)三角剪切型壓縮型：壓電元件—質(zhì)量塊—彈簧系統(tǒng)裝在圓形中心支柱上，結(jié)構(gòu)共振頻率高?；鵅與測試對象連接時，如果基座B有變形則將直接影響輸出。此外，測試對象和環(huán)境溫度變化將影響壓電元件，并使預(yù)緊力發(fā)生變化，易引起溫度漂移。環(huán)形剪切型：結(jié)構(gòu)簡單，小型化、高共振頻率，環(huán)形質(zhì)量塊粘貼到裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結(jié)劑會隨溫度增高而變軟，因此最高工作溫度受到限制。三角剪切形：壓電元件由夾持環(huán)將其夾牢在三角形中心柱上。加速度計感受軸向振動時，壓電元件承受切應(yīng)力。結(jié)構(gòu)對底座變形和溫度變化有極好的隔離作用，有較高的共振頻率和良好的線性。結(jié)

構(gòu)

比

較(a)中心安裝壓縮型

(b)環(huán)形剪切型

(c)三角產(chǎn)品外形。壓電式加速度傳感器與前置放大器集成在一起。產(chǎn)品外形。壓電式加速度傳感器與前置放大器集成在一起。3、三向加速度傳感器第一組：壓縮型第二組：剪切型第三組：剪切型預(yù)緊筒壓電元件方法：利用三組石英壓電元件,共用質(zhì)量塊3、三向加速度傳感器第一組：壓縮型預(yù)緊筒壓電元件方法：利用三思考1：如何實現(xiàn)三個壓電片值只對一個方向敏感？思考2：分析d25的影響。(面內(nèi)剪切）FXFZFYyx切型xy切型yx切型d26d26d11答：依靠慣性質(zhì)量塊和合理的壓電切型。思考1：如何實現(xiàn)三個壓電片值只對一個方向思考2：分析d25的chap8壓電式傳感器教學(xué)課件用于振動

分析

振動分析部分工具：加速度計、力傳感器

用于振動

分析振動分析部分工具：加速度計、力傳感器HP振動分析系統(tǒng)組成HP振動分析系統(tǒng)組成§8.4.2壓電式力和壓力傳感器一、力傳感器1、單向力傳感器用途舉例：機(jī)床動態(tài)切削力測量等。壓電常數(shù)：d11。石英晶體F特點：體積小，重量輕（10g），固有頻率高（50KHz），分辨力高：10－3N?！?.4.2壓電式力和壓力傳感器一、力傳感器用途舉例：2、雙向力傳感器zyxT6T6測量FZ的石英測量FX的石英下面的石英：d11,xy切型；上面的石英：d26,yx切型；2、雙向力傳感器zyxT6T6測量FZ的石英測量FX的石英下雙向力傳感器俯視圖雙向力傳感器俯視圖3、三向力傳感器FXFZFY3、三向力傳感器FXFZFY三向力傳感器外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)加載位置三向力傳感器外形加載位置“y”測量電路改為“3”“y”測量電路改為“3”二、壓力傳感器

膜片式壓電壓力傳感器后座墊圈外殼石英晶片導(dǎo)電片傳力塊膜片石英晶片P二、壓力傳感器

膜片式壓電壓力傳感器后座墊圈外殼石英晶片導(dǎo)電預(yù)緊筒加載壓力傳感器芯體絕緣套外殼晶片組電極預(yù)緊筒膜片預(yù)緊方法：擰緊芯體。問題：膜片產(chǎn)生彎曲變形。解決方法：采用預(yù)緊筒；先預(yù)緊，后焊接膜片。預(yù)緊筒加載壓力傳感器芯體絕緣套外殼晶片組電極預(yù)緊筒膜片預(yù)緊方F1：石英晶片上受到的力F2：預(yù)緊筒圓周受到的力晶片組加載板殼體FFF1F2F1：石英晶片上受到的力晶片組加載板殼體FFF1F2k1：石英晶片組的剛度k2：預(yù)緊筒的剛度設(shè)計要求：k2<<k1。優(yōu)點：1）線性度好；2）利用水冷方式提高工作溫度。k1：石英晶片組的剛度設(shè)計要求：k2<<k1。優(yōu)點：chap8壓電式傳感器教學(xué)課件三、壓力傳感器的加速度補(bǔ)償補(bǔ)償方法1：減小慣性質(zhì)量補(bǔ)償方法2：加補(bǔ)償石英片補(bǔ)償晶片附加質(zhì)量塊測壓晶片組原因：由于加速度的作用，壓電元件上受到與總質(zhì)量成正比的慣性力的作用而產(chǎn)生電荷輸出，與壓力信號混疊，造成測量誤差。三、壓力傳感器的加速度補(bǔ)償補(bǔ)償方法1：減小慣性質(zhì)量補(bǔ)償晶片附補(bǔ)償方法3：雙膜片預(yù)加載（作用力相反）加速度補(bǔ)償上膜片預(yù)加載F1下膜片預(yù)加載F2上膜片的撓度變化為；下膜片的撓度變化為；設(shè)振動位移為，方向朝上。石英晶體的厚度沒有變化。補(bǔ)償方法3：雙膜片預(yù)加載（作用力相反）加速度補(bǔ)償上膜片預(yù)加載石英晶體的上表面作用力為：石英晶體的上表面作用力為：綜合效果：不產(chǎn)生電荷。對靈敏度的影響：由于兩個膜片對外力P相當(dāng)于并聯(lián)，所以每個膜片實際受力為P/2，所以靈敏度下降為原來的1/2。石英晶體的上表面作用力為：石英晶體的上表面作用力為：綜合效例2：已知一壓電式加速度傳感器的電壓放大器的總電容C=1000pf，總電阻R=500MΩ，傳感器的固有頻率為f0=30KHz,阻尼比=0.5,求幅值誤差在2%以內(nèi)的使用頻率。如何改善其低頻響應(yīng)性能？為什么壓電式傳感器不能測量絕對靜態(tài)量？解：例2：已知一壓電式加速度傳感器的電壓放大器的總電容C=100改善其低頻響應(yīng)性能方法：提高絕緣電阻和放大器的輸入電阻；或改用電荷放大器；得到：不能測量靜態(tài)量的原因：電荷通過并聯(lián)電阻泄漏。改善其低頻響應(yīng)性能方法：提高絕緣電阻和放大器的輸入電阻；或改§8.5誤差分析一、環(huán)境溫度的影響溫度T改變壓電常數(shù)d、介電常數(shù)、體電阻R、彈性模量E的變化?！?.5誤差分析一、環(huán)境溫度的影響溫度T改變壓電常數(shù)d、熱釋電效應(yīng)的影響熱釋電效應(yīng)：晶體材料在溫度變化時釋放電荷的現(xiàn)象.對多晶壓電陶瓷，溫度變化→產(chǎn)生電荷特點：低頻，<1Hz;解決方法：電路的截止頻率>2Hz;熱釋電效應(yīng)的影響熱釋電效應(yīng)：晶體材料在溫度變化時釋放電荷的現(xiàn)瞬變溫度的影響溫度梯度→熱應(yīng)力→熱輸出防止措施：①采用剪切型：壓電片與殼體隔離、中心柱與基座隔離；②冷卻：注入循環(huán)水質(zhì)量塊壓電陶瓷元件瞬變溫度的影響溫度梯度→熱應(yīng)力→熱輸出防止措施：質(zhì)量塊壓電陶③采用隔熱片：膜片與壓電元件之間放置非極化鋯鈦酸鉛陶瓷等導(dǎo)熱率小的隔熱墊片；③采用隔熱片：膜片與壓電元件之間放置非極化鋯鈦酸鉛陶瓷等導(dǎo)④采用溫度補(bǔ)償片：在膜片與壓電片之間放置溫度補(bǔ)償片，其溫度膨脹補(bǔ)償殼體變形引起的預(yù)緊力的變化（如溫度升高，殼體變長，預(yù)緊力減??；補(bǔ)償晶片變長，增加預(yù)緊力。）④采用溫度補(bǔ)償片：在膜片與壓電片之間放置溫度補(bǔ)償片，其溫度二、環(huán)境濕度的影響絕緣電阻（泄漏電阻）↓→τ↓→低頻響應(yīng)變壞三、橫向靈敏度KyKx最大橫向靈敏度主軸靈敏度最大靈敏度θφ現(xiàn)象：傳感器最大靈敏度方向與主軸不重合。原因：切片方向、極化方向（壓電陶瓷）、表面粗糙度、兩個平面的平行度和安裝等。二、環(huán)境濕度的影響絕緣電阻（泄漏電阻）↓→τ↓→低頻響應(yīng)變壞0306090120150180210240270300330最大橫向靈敏度方向橫向靈敏度與加速度方向的關(guān)系理想橫向加速度方向030609012015018021024027030033測試橫向靈敏度示意圖選擇最小橫向靈敏度方向測試橫向靈敏度示意圖選擇最小四、基座應(yīng)變影響現(xiàn)象：安裝部位由于被測構(gòu)件的作用而產(chǎn)生變形。金屬屏蔽層絕緣層芯線五、電纜噪聲特點：基座應(yīng)變對剪切型比對壓縮型的影響小。解決方法：固定電纜四、基座應(yīng)變影響現(xiàn)象：安裝部位由于被測構(gòu)件的作用而產(chǎn)生變形。六、接地回路噪聲電路一點接地準(zhǔn)則：

通常把大地看成等電位體，實際上大地各處的電位是不同的。如果一個測量系統(tǒng)在二點接地，則由于這兩點之間的地電位差而引起干擾，這時采用“一點接地”就可以有效削弱這些干擾。對于一個測量電路而言只能是“一點接地”。六、接地回路噪聲電路一點接地準(zhǔn)則：本章要點壓電傳感器的工作原理:壓電效應(yīng)石英晶體三晶軸：光學(xué)軸（z）、機(jī)械軸（y）、電軸（x）壓電方程變形形式：厚度變形（d11）長度變形（d12）、厚度剪切變形（d14、d25）、面剪切變形（d26）切型：X切、Y切壓電陶瓷極化壓電方程變形形式：厚度變形（d33）、長度變形（d31、d32）、厚度剪切變形（d24、d15）、體積變形（d31、d32、d33）本章要點壓電傳感器的工作原理:壓電效應(yīng)壓電傳感器的測量電路等效電路：電荷發(fā)生器、電壓源電壓放大器：不能測靜態(tài)量，如何改善低頻響應(yīng)電荷放大器：輸出與電纜電容無關(guān)，可測準(zhǔn)靜態(tài)量壓電傳感器加速度傳感器：壓縮式：頻響特性、結(jié)構(gòu)組成形式及其特點。剪切式：結(jié)構(gòu)組成形式及其特點。力傳感器壓力傳感器應(yīng)用壓電傳感器的測量電路壓電傳感器的特點:力敏感傳感器、雙向有源傳感器、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、頻帶寬高阻抗傳感器、小功率。需要阻抗變換和信號放大存在橫向靈敏度問題壓電傳感器的特點:作業(yè)8-2、8-5

作業(yè)8-2、8-5

練習(xí)2、已知石英晶體的壓電系數(shù)矩陣如下所示，當(dāng)晶體受到機(jī)械應(yīng)力作用時，有哪幾種變形方式具有力—電能量轉(zhuǎn)換的作用（即具有壓電效應(yīng)）？

d11d120d1400dij=

0000d25d260000003、已知一壓電式加速度傳感器測量電路的總電容C=1000pf，總電阻R=300MΩ，求幅值誤差在5%以內(nèi)的頻率響應(yīng)低限頻率。如何改善其低頻響應(yīng)性能？為什么壓電式傳感器不能測量絕對靜態(tài)量？練習(xí)2、已知石英晶體的壓電系數(shù)矩陣如下所示，當(dāng)晶體受到機(jī)械應(yīng)接地概念及其形式1、接地它是一種技術(shù)措施，起源于強(qiáng)電技術(shù)。對于強(qiáng)電、高壓、大功率容易危害人身安全，為此將電網(wǎng)的零線和電氣設(shè)備外殼通過接地導(dǎo)線與大地連接，使之與大地等電位，以保障人身和設(shè)備的安全。其作用是著眼于安全。而在電子儀表或裝置中外殼或?qū)Ь€、屏蔽層等接地措施是著眼于靜電屏蔽的需要，即通過接大地給高頻干擾電壓形成低阻通路以防其對電子裝置的干擾。習(xí)慣上將信號的基準(zhǔn)電位點也稱之為“地”。2、電路一點接地準(zhǔn)則通常把大地看成等電位體，而實際上大地各處的電位是不同的。如果一個測量系統(tǒng)在二點接地，則由于這兩點之間的地電位差而引起干擾，這時采用“一點接地”就可以有效削弱這些干擾。對于一個測量電路而言只能是“一點接地”。以下列舉簡例。如圖所示：3、電子設(shè)備的地線系統(tǒng)通常在電子設(shè)備中有三種性質(zhì)的地線，即信號地線，金屬件地線和噪聲地線。這三種地應(yīng)分別設(shè)置，并通過一點接地。如圖所示接地概念及其形式2）形式在電氣設(shè)備和電子裝置中有多種形式的接地線歸納有：保安地線、信號地線、信號源地線、負(fù)載地線等。⑴

保安地線為了安全，作為三相四線制電源電網(wǎng)的零線，電氣設(shè)備的外殼，以及避雷針等都需要接大地。例如為了安全用電，一般采用具有保安地線的單相三線制配電方式，如圖所示。

⑵

信號地線電子裝置中，無特殊說明外，信號地線一般都是指作為電信號的基準(zhǔn)電位的信號地線。信號地線既是各級電路中靜、動態(tài)電流的通道，又是各級電路通過共同的接地阻抗而相互耦合，從而引起內(nèi)部干擾的薄弱環(huán)節(jié)。應(yīng)該引起注意。信號地線又可以分為兩種形式：A）模擬信號地線它是模擬信號的零信號電位公共線。模擬信號一般較弱，所以對地線要求較高。B）數(shù)字信號地線它是數(shù)字信號的零電平公共線。數(shù)字信號一般較強(qiáng)，故對數(shù)字信號地線要求可低些。以上二種地線應(yīng)要求不同，為避免模擬信號與數(shù)字信號地線之間的干擾，二者應(yīng)分別設(shè)置。⑶信號源地線一般傳感器可看作是測量裝置的信號源。通常傳感器安裝在現(xiàn)場，而電子測量裝置一般在離現(xiàn)場的控制室里，在接地要求上二者不同。信號源地線乃是傳感器本身的零信號電位基準(zhǔn)公共線。⑷負(fù)載地線負(fù)載電流一般較前級信號大得多，負(fù)載地線上的電流產(chǎn)生的影響作用也大，因此負(fù)載地線和測量放大器的信號地線也有不同要求。二者應(yīng)在電氣上相互絕緣的。以上幾種地線一般應(yīng)分別設(shè)置，在電位需要連通時，可以選擇合適的位置作一點相連，以消除各地線之間的相互干擾。2）形式chap8壓電式傳感器教學(xué)課件飛機(jī)輪子振動分析飛機(jī)輪子振動分析構(gòu)件疲勞性能分析：作用交變載荷構(gòu)件疲勞性能分析chap8壓電式傳感器幻燈片PPT本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！chap8壓電式傳感器幻燈片PPT本課件PPT僅供大§8.1壓電效應(yīng)順壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)，在受到一定方向的外力作用而變形時，內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，而在其表面產(chǎn)生電荷，當(dāng)去掉外力后，又重新回到不帶電狀態(tài)，這種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象，稱為順壓電效應(yīng)，又稱為壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)：當(dāng)在電介質(zhì)極化方向施加電場時，電介質(zhì)在一定方向上產(chǎn)生機(jī)械變形，內(nèi)部出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力，這種將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的現(xiàn)象稱“逆壓電效應(yīng)”,又稱為電致伸縮效應(yīng)--驅(qū)動器。FF極化面Q壓電介質(zhì)機(jī)械能｛電能｝正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)及可逆性§8.1壓電效應(yīng)順壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)，在受到一定方向壓電傳感器的特點

1）磁電式速度傳感器響應(yīng)頻率范圍窄；2）磁電式機(jī)械運動部件容易損壞；3）磁電式傳感器質(zhì)量大，造成系統(tǒng)附加質(zhì)量大。與磁電式傳感器的比較：力敏感傳感器，可測力、壓力、加速度等雙向有源傳感器體積小、重量輕結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠頻帶寬壓電傳感器的特點與磁電式傳感器的比較：力敏感傳感器，可測

各種小巧的壓力傳感器

壓電傳感器的外形

壓力變送器部件

壓力變送器

各種小巧的壓力傳感器

壓電傳感器的外形

一、石英晶體（SiO2)的壓電效應(yīng)特點：石英晶體是各向異性晶體晶體分右（左）旋外形規(guī)則xyz一、石英晶體（SiO2)的壓電效應(yīng)特點：xyz石英晶體的三個晶軸光學(xué)軸（基準(zhǔn)軸，Z軸）：光沿該方向通過沒有雙折射現(xiàn)象，該方向沒有壓電效應(yīng)，光學(xué)方法確定。電軸（X軸）：經(jīng)過晶體棱線，垂直于該軸的表面上壓電效應(yīng)最強(qiáng)。機(jī)械軸（Y軸）：垂直于XZ面，在電場作用下，該軸方向的機(jī)械變形最明顯。石英晶體的三個晶軸光學(xué)軸（基準(zhǔn)軸，Z軸）：光沿該方向通過沒有石英晶體壓電效應(yīng)機(jī)理電偶極矩P=qL,q為電荷量,L為正負(fù)電荷之間距離。2O2-Si4+L石英晶體壓電效應(yīng)機(jī)理電偶極矩P=qL,q為電荷量,L為正+++---XYP1P2P3當(dāng)石英晶體未受外力作用時,正、負(fù)離子正好分布在正六邊形的頂角上,形成三個互成120°夾角的電偶極矩P1、P2、P3。此時正負(fù)電荷重心重合,電偶極矩的矢量和等于零,即P1+P2+P3=0,所以晶體表面不產(chǎn)生電荷,即呈中性。+++---XYP1P2P3當(dāng)石英晶體未受外力作用時,正、受到X方向的力—縱向壓電效應(yīng)+++---XYP1P2P3晶體沿x方向?qū)a(chǎn)生壓縮變形,正負(fù)離子的相對位置也隨之變動。此時正負(fù)電荷重心不再重合。電偶極矩在x方向上的分量由于P3的減小和P1、P2的增加而不等于零,在x軸的正方向出現(xiàn)正電荷,電偶極矩在y方向上的分量仍為零,不出現(xiàn)電荷。當(dāng)作用力方向相反時,電荷的極性也隨之改變。受到X方向的力—縱向壓電效應(yīng)+++---XYP1P2P3晶體受到Y(jié)方向的力—橫向壓電效應(yīng)+++---XYP1P2P3當(dāng)晶體受到沿y軸方向的壓力作用時,P3增大,P1、P2減小。在垂直x軸表面上出現(xiàn)電荷,它的極性為：x軸正向為負(fù)。在y軸方向上不出現(xiàn)電荷。當(dāng)作用力方向相反時,電荷的極性也隨之改變。受到Y(jié)方向的力—橫向壓電效應(yīng)+++---XYP1P2P3當(dāng)晶受到Z方向的力—沒有壓電效應(yīng)產(chǎn)生+++---XYP1P2P3如果沿z軸方向施加作用力,因為晶體在x方向和y方向所產(chǎn)生的形變完全相同,所以正負(fù)電荷重心保持重合,電偶極矩矢量和等于零。這表明沿z軸方向施加作用力,晶體不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)。受到Z方向的力—沒有壓電效應(yīng)產(chǎn)生+++---XYP1P2P3受到三向等壓力—沒有壓電效應(yīng)產(chǎn)生+++---XYP1P2P3如果沿x、y、z軸方向施加相同的作用力,只有體積變化，沒有形變，正負(fù)電荷重心保持重合,電偶極矩矢量和等于零，晶體不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)，即沒有體積變形的壓電效應(yīng)。受到三向等壓力—沒有壓電效應(yīng)產(chǎn)生+++---XYP1P2P3二、壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。如BaTiO3、PbTiO3、PbZrO3。材料內(nèi)部的晶粒有許多自發(fā)極化的電疇,它有一定的極化方向,從而存在電場。在無外電場作用時,電疇在晶體中雜亂分布,它們的極化效應(yīng)被相互抵消,壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為零。因此原始的壓電陶瓷呈中性,不具有壓電性質(zhì)。二、壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷是人工制造的多晶體壓電材料。如壓電陶瓷極化處理在陶瓷上施加外電場時,電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動,趨向于按外電場方向的排列,從而使材料得到極化。外電場愈強(qiáng),就有更多的電疇更完全地轉(zhuǎn)向外電場方向。讓外電場強(qiáng)度大到使材料的極化達(dá)到飽和的程度,即所有電疇極化方向都整齊地與外電場方向一致時,外電場去掉后,電疇的極化方向變化不大,即剩余極化強(qiáng)度很大,這時的材料才具有壓電特性。極化方向即外加電場方向，取為Z軸方向。E壓電陶瓷極化處理在陶瓷上施加外電場時,電疇的極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)壓電效應(yīng)演示壓電效應(yīng)演示三、壓電常數(shù)和表面電荷計算1、壓電效應(yīng)的表達(dá)式：σj:j方向的應(yīng)力dij:j方向的力使得i面產(chǎn)生電荷的壓電常數(shù)ij:j方向的力在i面產(chǎn)生的電荷密度電荷量：面積三、壓電常數(shù)和表面電荷計算1、壓電效應(yīng)的表達(dá)式：σj:j方x(1)y(2)z(3)i(i=1,2,3):表示晶體的極化方向，即在i面上產(chǎn)生電荷。1、2、3分別表示垂直于x、y、z軸的晶片表面j(j=1,2,3,4,5,6):1，2，3表示沿x,y,z方向作用的單向正應(yīng)力；4，5，6表示在yz,zx,xy平面上承受的剪切應(yīng)力X0°切型石英晶體切片的力——電分布xz3(

1)

2

1465(3)(2)(1)(3)(2)ij=dijj

i=1、2、3j=1、2、3、4、5、6yx(1)y(2)z(3)i(i=1,2,3):表示晶體的極化壓電特性的矩陣表示矩陣的重要性壓電特性的矩陣表示矩陣的重要性關(guān)于壓電特性矩陣的說明：表示壓電元件的能量轉(zhuǎn)換方式dij的大小表示壓電效應(yīng)的強(qiáng)弱若矩陣中某一dij=0,則表示在j方向上的應(yīng)力在i方向上沒有壓電效應(yīng)是選擇轉(zhuǎn)換元件、確定壓電效應(yīng)產(chǎn)生方向、轉(zhuǎn)換效率的重要依據(jù)設(shè)計思考：測量什么？如何測量？關(guān)于壓電特性矩陣的說明：表示壓電元件的能量轉(zhuǎn)換方式設(shè)計思考：壓電效應(yīng)能量轉(zhuǎn)換的幾種基本形式厚度拉（壓）型長度拉（壓）型壓電效應(yīng)能量轉(zhuǎn)換的幾種基本形式厚度拉（壓）型長度拉（壓）型厚度切變型厚度切變型三力相等：壓電陶瓷受壓變體積型厚度切變型厚度切變型三力相等：壓電陶瓷受壓變體積型正壓電效應(yīng)與剪切壓電效應(yīng)比較正壓電效應(yīng)與剪切壓電效應(yīng)比較2、石英晶體的壓電常數(shù)和表面電荷計算㈠在x面上產(chǎn)生電荷：⑴在1作用下，產(chǎn)生厚度變形（縱向壓電效應(yīng)）2、石英晶體的壓電常數(shù)和表面電荷計算㈠在x面上產(chǎn)生電荷：⑴在⑵在2作用下，產(chǎn)生長度變形（橫向壓電效應(yīng)）由石英晶體的對稱性：⑵在2作用下，產(chǎn)生長度變形（橫向壓電效應(yīng)）由石英晶體的對稱⑶在3作用下，沒有壓電效應(yīng)⑷實驗研究，在剪切應(yīng)力4、

5、

6作用下：⑶在3作用下，沒有壓電效應(yīng)⑷實驗研究，在剪切應(yīng)力4、在x面上產(chǎn)生電荷：在x面上產(chǎn)生電荷：㈡實驗研究，在y面上產(chǎn)生電荷其它方向的壓電系數(shù)為：正應(yīng)力：剪切應(yīng)力：㈢在Z面上產(chǎn)生電荷㈡實驗研究，在y面上產(chǎn)生電荷其它方向的壓電系數(shù)為：正應(yīng)力：剪石英晶體的壓電方程石英晶體的壓電方程chap8壓電式傳感器教學(xué)課件石英晶體的基本變形形式厚度受力變形（d11)長度受力變形（d12)xyz11+-zxy22+-石英晶體的基本變形形式厚度受力變形（d11)長度受力變形（d面剪切變形(d14)xyz+-4面剪切變形(d25)yxz+-5面剪切變形(d14)xyz+-4面剪切變形(d25)yxz厚度剪切變形(d26)yxz6+-厚度剪切變形(d26)yxz6+-3、壓電陶瓷的壓電常數(shù)和表面

電荷計算zxy123z:極化方向；x、y可以互換。3、壓電陶瓷的壓電常數(shù)和表面

電荷計算zxy123z:1）在1、2、3作用下，z面產(chǎn)生電荷(d31≠0,d32≠0,d33≠0）xyz123可以互換方向：x(或1)和y（或2）；推論：x、y方向的剪應(yīng)力可以互換，即數(shù)字4、5。1）在1、2、3作用下，z面產(chǎn)生電荷(d31≠0,2）在4作用下，在y面產(chǎn)生電荷(d24≠0）——厚度切變型yz42）在4作用下，在y面產(chǎn)生電荷(d24≠0）——厚度切變型3）在T5作用下，在x面產(chǎn)生電荷(d15≠0）——厚度切變xz53）在T5作用下，在x面產(chǎn)生電荷(d15≠0）——厚度切變x壓電陶瓷壓電方程壓電陶瓷壓電方程chap8壓電式傳感器教學(xué)課件壓電陶瓷變形形式：厚度變形：d33長度變形：d31、d32厚度剪切變形：d24、d15體積變形：d31、d32、d33壓電陶瓷變形形式：厚度變形：d33練習(xí)例1、已知石英晶體的壓電系數(shù)矩陣如下所示，當(dāng)晶體受到機(jī)械應(yīng)力作用時，有哪幾種變形方式具有力—電能量轉(zhuǎn)換的作用（即具有壓電效應(yīng)）？

d11d120d1400dij=

0000d25d26000000壓電陶瓷練習(xí)例1、已知石英晶體的壓電系數(shù)矩陣如下所示，當(dāng)晶體受到機(jī)械§8.2壓電材料壓電晶體壓電陶瓷高分子壓電材料壓電材料：明顯呈現(xiàn)壓電效應(yīng)的敏感功能材料。性能要求：大壓電系數(shù)、剛度、電阻率和介電系數(shù)、機(jī)械強(qiáng)度高、居里點高等。常用壓電材料：§8.2壓電材料壓電晶體壓電材料：明顯呈現(xiàn)壓電效應(yīng)的敏感功一、壓電晶體1、石英晶體的幾何切型：在晶體坐標(biāo)中取某一方位的切割.切族分類X切族:原始位置：厚度方向平行于x軸，長度方向平行于y軸，寬度方向平行于z軸。Y切族:原始位置：厚度方向平行于y軸，長度方向平行于x軸，寬度方向平行于z軸。石英、酒石酸鉀鈉、電氣石、鱗酸銨、硫酸鋰等.一、壓電晶體1、石英晶體的幾何切型：在晶體坐標(biāo)中取某一方位的X切族X切族的IRE表示方法：xyY切族的IRE表示方法：yxX切族X切族的IRE表示方法：xyY切族的IRE表示方法：y幾何切型的表示方法：切型代號：表示原始方位晶片旋轉(zhuǎn)角：從x或y的正端看，逆時針為+，順時針為-旋轉(zhuǎn)軸例如：（xytl)+50/(-500)幾何切型的表示方法：切型代號：表示原始方位晶片旋轉(zhuǎn)角：旋石英晶體的基本切型xy（X00)xyzyx（Y00)zyx習(xí)慣表示習(xí)慣表示石英晶體的基本切型xy（X00)xyzyx（Y00)zyx習(xí)例1：（yxl)+35015’(AT切型）xyzy’z’35015’xyzy’z’35015’例1：（yxl)+35015’(AT切型）xyzy’z’35例2（xytl)+50/(-500)(NT切型）：zyxxyz50zyx500繞厚度軸轉(zhuǎn)繞長度軸轉(zhuǎn)例2（xytl)+50/(-500)(NT切型）：zyxx2、石英晶體的主要性能不需要人工極化沒有熱釋電效應(yīng)介電常數(shù)、壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性好居里點溫度高：5730C居里點：壓電材料開始喪失壓電性能的溫度性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高2、石英晶體的主要性能不需要人工極化二、壓電陶瓷鈦酸鋇（BaTiO3）：1）最早使用；2）由碳酸鋇和二氧化鈦按一定比例混合后燒結(jié)而成；3）d15=260PC/N,d31=-78PC/N,d33=190PC/N，是石英的幾十倍；4）工作溫度最高只有80℃,溫度穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度都不如石英。鈮酸鋰（LiNbO3)單晶：1）多疇結(jié)構(gòu)，需要極化處理；2）壓電常數(shù)達(dá)80PC/N;3)工作溫度760℃。二、壓電陶瓷鈦酸鋇（BaTiO3）：鈮酸鋰（LiNbO3)壓電陶瓷鋯鈦酸鉛（PZT）：(有4、5、8等多種系列）1）目前普遍使用；2）是鈦酸鋇（BaTiO3)和鋯酸鉛（PbZrO3）組成；3）d15=410,d31=-100,d33=200；4）工作溫度250℃。性能遠(yuǎn)優(yōu)于鈦酸鋇。壓電陶瓷鋯鈦酸鉛（PZT）：(有4、5、8等多種系列）三、聚偏二氟乙烯（PVF2)有機(jī)高分子半晶態(tài)聚合物，定向拉伸后，由晶型轉(zhuǎn)化為晶型，此時有壓電效應(yīng)；壓電常數(shù)在拉伸長度方向最大，d31=20PC/N,垂直于長度方向的壓電常數(shù)d320.2d31;頻響范圍寬，10-5Hz~500MHz;柔軟，加工性能好；聲阻抗與水、人體肌肉接近；熱穩(wěn)定性好。三、聚偏二氟乙烯（PVF2)有機(jī)高分子半晶態(tài)聚合物，定向拉伸常用壓電材料的性能參數(shù)比較如果環(huán)境溫度高，宜選擇何種材料？如果溫度環(huán)境好，靈敏度要求較高呢？常用壓電材料的性能參數(shù)比較如果環(huán)境溫度高，宜選擇何種材料？如§8.3等效電路和測量電路晶體上聚集正負(fù)電荷的兩表面相當(dāng)于電容的兩個極板,極板間物質(zhì)等效于一種介質(zhì),則其電容量為：力電荷電容器電荷發(fā)生器A——壓電片的面積;d——壓電片的厚度;εr——壓電材料的相對介電常數(shù)?！?.3等效電路和測量電路晶體上聚集正負(fù)電荷的兩表面相電荷等效電路電壓等效電路電荷等效電路電壓等效電路考慮實際使用的等效電路－實際使用時與測量儀器或測量電路相連接,因此還須考慮連接電纜的等效電容Cc,壓電傳感器的泄漏電阻Ra，和放大器的輸入電阻Ri、輸入電容Ci。Ci考慮實際使用的等效電路－實際使用時與測量儀器或測量電路相連接壓電傳感器的特點以及對信號處理電路的要求：特點：有源傳感器高阻抗傳感器小功率要求：阻抗變換信號放大壓電傳感器的特點以及對信號處理電路的要求：特點：測量電路壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高,而輸出能量較小高輸入阻抗的前置放大器1）把高輸出阻抗變換為低輸出阻抗;2）放大傳感器輸出的微弱信號。輸出形式：電壓信號、電荷信號作用要求測量電路壓電傳感器的內(nèi)阻抗很高,而輸出能量較小高輸入阻前置放大器兩種形式:電壓放大器和電荷

放大器。一、電壓放大器KUaCaRaCcCiRiUinKUaCaRCUin前置放大器兩種形式:電壓放大器和電荷

放大器。一、電壓放大KUaCaRC以壓電陶瓷為壓電材料(縱向壓電效應(yīng)）：厚度方向KUaCaRC以壓電陶瓷為壓電材料(縱向壓電效應(yīng)）：厚度前置放大器輸入電壓幅值為：前置放大器輸入電壓幅值為：輸入電壓與作用力之間的相位差為：理想情況下（輸入電阻Ri＝、且無漏電：Ra＝）R=Ri||Ra=,放大器輸入電壓幅值為：頻率特性輸入電壓與作用力之間的相位差為：理想情況下（輸入電阻Ri＝令：φωτ00901.0UinmUam0.51234從幅度-頻率曲線能得到什么結(jié)論？令：φωτ001.0Uinm0.51234從幅度-頻率曲線能討論：ω=0時（靜態(tài)），Uinm/Uam=0（輸入電壓為零）原因：由于等效電阻不可能無窮大，存在電荷泄漏，所以不能測量靜態(tài)量。>3（動態(tài)），Uinm/Uam≈1，接近理想特性。一定頻率范圍，輸入電壓與作用力頻率無關(guān)。τ一定，ω越高，響應(yīng)越好。對低頻：τ一定，ω↓誤差加大。要求τ要大，擴(kuò)大低頻響應(yīng)范圍。輸出電壓靈敏度受到電纜分布電容影響。討論：ω=0時（靜態(tài)），Uinm/Uam=0（輸入電壓為零改善低頻特性的措施：靈敏度：低頻特性和靈敏度要求矛盾改善低頻特性的措施：靈敏度：低頻特性和靈敏度要求矛盾采取措施：提高絕緣電阻，根據(jù)給定精度合理選擇電壓放大器的輸入電阻Ri。討論：電路簡單、可靠、元件少、價格低;電纜長度有限（1.2m),不能更換。電壓放大器電路特點：不能靠增加電容改善低頻特性。采取措施：提高絕緣電阻，根據(jù)給定精度合理選擇電壓放大器的輸入二、電荷放大器具有深度電容負(fù)反饋的高增益運算放大器KUscCfqa二、電荷放大器具有深度電容負(fù)反饋的高增益運算放大器KUscCRfkUscCfCiCcCaq當(dāng)開環(huán)增益、輸入電阻和反饋電阻相當(dāng)大，Cf折算到輸入端后的輸入電容為：開環(huán)增益RfkUscCfCiCcCaq當(dāng)開環(huán)增益、輸入電阻和反饋電阻Conclusions:輸出與電纜電容無關(guān)電纜可長達(dá)1km；可更換。Rf提供直流負(fù)反饋減小零漂、提高穩(wěn)定度。可測準(zhǔn)靜態(tài)量：τ=RfCf大，可測很低頻率的信號。Conclusions:輸出與電纜電容無關(guān)例題：已知電荷放大器的反饋電容Cf＝50pf，輸入電容Ci＝0，反饋電阻Rf＝1M，電纜電容Cc＝300pf，壓電片的Ca＝100pf,Ra＝,放大器的開環(huán)增益K＝104，求將放大器理想化后引起的誤差？解：理想情況下，實際誤差：例題：已知電荷放大器的反饋電容Cf＝50pf，輸入電容Ci＝基座壓縮型壓電加速度傳感器§8.4壓電式傳感器§8.4.1壓電加速度傳感器殼體彈簧質(zhì)量塊壓電片壓電片基座壓縮型壓電加速度傳感器§8.4壓電式傳感器§8.4.一、工作原理壓電式加速度傳感器屬于慣性式傳感器。測量時傳感器基座與試件剛性連接在一起。它是利用石英晶體等的壓電效應(yīng)，當(dāng)傳感器受振時，質(zhì)量塊受到與加速度方向相反的力的作用，并作用在壓電元件上。當(dāng)被測振動頻率遠(yuǎn)低于加速度計的固有頻率時，則力的變化與被測加速度成正比。傳感器輸出電荷也與加速度成正比。一、工作原理壓電式加速度傳感器屬于慣性式傳感器。chap8壓電式傳感器教學(xué)課件[質(zhì)量塊的絕對位移x2，激勵為x1，質(zhì)量塊相對位移xt]二、頻響特性－受力分析[質(zhì)量塊的絕對位移x2，激勵為x1，質(zhì)量塊相對位移xt]傳遞函數(shù)xt-質(zhì)量塊相對于傳感器殼體的位移a0-被測物體的振動加速度ω-振動體振動角頻率ω0-傳感器固有角頻率ξ-阻尼比傳遞函數(shù)xt-質(zhì)量塊相對于傳感器殼體的位移頻響特性：在壓電元件的線彈性工作范圍內(nèi)，有：作用在壓電元件上的力相對位移頻響特性：在壓電元件的線彈性工作范圍內(nèi)，有：作用在壓電元件上作用在厚度拉壓型壓電陶瓷上的力作用在厚度拉壓型壓電陶瓷上的力當(dāng)ω/ω0相當(dāng)小時，有：當(dāng)ω/ω0相當(dāng)小時，有：頻率比ω/ω0相對靈敏度00.11.04.01.00.12.0幅頻響應(yīng)曲線(歸一化曲線）＝10520.7070.50.2頻率比ω/ω0相對靈敏度00.11.04.01.00.12仿真結(jié)果：仿真結(jié)果：討論：當(dāng)ω<<ω0時，傳感器的靈敏度近似為一常數(shù)由于壓電式傳感器的變形很?。▌偠萲很大），所以壓電式加速度傳感器的ω0很大（頻帶較寬）（一般可達(dá)幾十千赫），所以頻響范圍寬、高頻響應(yīng)好。測量上限不能取固有頻率，實際工作頻段取為（1/5）ω0左右。低頻響應(yīng)取決于測量回路，測量回路的時間常數(shù)越大，低頻響應(yīng)越好。討論：當(dāng)ω<<ω0時，傳感器的靈敏度近似為一常數(shù)壓電元件的組合方式壓電元件的組合方式串聯(lián);電荷相等電壓相加電容減小并聯(lián)：電壓相等電荷相加電容相加串聯(lián);并聯(lián)：三、壓電加速度傳感器常用結(jié)構(gòu)1、壓縮型質(zhì)量塊外殼壓電元件基座三、壓電加速度傳感器常用結(jié)構(gòu)1、壓縮型質(zhì)量塊外殼壓電元件基座特點：基于厚度變形,結(jié)構(gòu)簡單；固有頻率較高；靈敏度高（d11、d33大）；對環(huán)境影響（基座變形、應(yīng)變、溫度變化、噪聲）比較敏感。特點：基于厚度變形,結(jié)構(gòu)簡單；壓電傳感器測量振動的動畫演示壓電傳感器測量振動的動畫演示2、剪切型環(huán)型剪切（壓電元件為柱裝圓環(huán)）外殼質(zhì)量塊壓電陶瓷元件中心柱基座膠接2、剪切型環(huán)型剪切（壓電元件為柱裝圓環(huán)）外殼質(zhì)量塊壓電陶瓷元xyz44Z極化方向xy55壓電陶瓷xyz44Z極化方向xy55壓電陶瓷三角剪切型預(yù)緊環(huán)壓電元件質(zhì)量塊三角中心柱特點：不用膠接，溫度范圍寬，線性度高。三角剪切型預(yù)緊環(huán)壓電元件質(zhì)量塊三角中心柱特點：不用膠接，溫度H剪切型1）結(jié)構(gòu)簡單，中心左右對稱；2）壓電元件采用多片疊合，提高輸出電荷、電容；3）可以抑制應(yīng)變、熱感應(yīng)誤差，低頻好，0.1Hz.特點：壓電元件質(zhì)量塊緊固螺栓螺帽H剪切型1）結(jié)構(gòu)簡單，中心左右對稱；2）壓電元件采用多片疊合剪切型總的特點：受環(huán)境影響小橫向靈敏度小尺寸小、重量輕靈敏度高頻響高剪切型總的特點：受環(huán)境影響小(a)中心安裝壓縮型

(b)環(huán)形剪切型

(c)三角剪切型壓縮型：壓電元件—質(zhì)量塊—彈簧系統(tǒng)裝在圓形中心支柱上，結(jié)構(gòu)共振頻率高?；鵅與測試對象連接時，如果基座B有變形則將直接影響輸出。此外，測試對象和環(huán)境溫度變化將影響壓電元件，并使預(yù)緊力發(fā)生變化，易引起溫度漂移。環(huán)形剪切型：結(jié)構(gòu)簡單，小型化、高共振頻率，環(huán)形質(zhì)量塊粘貼到裝在中心支柱上的環(huán)形壓電元件上。由于粘結(jié)劑會隨溫度增高而變軟，因此最高工作溫度受到限制。三角剪切形：壓電元件由夾持環(huán)將其夾牢在三角形中心柱上。加速度計感受軸向振動時，壓電元件承受切應(yīng)力。結(jié)構(gòu)對底座變形和溫度變化有極好的隔離作用，有較高的共振頻率和良好的線性。結(jié)

構(gòu)

比

較(a)中心安裝壓縮型

(b)環(huán)形剪切型

(c)三角產(chǎn)品外形。壓電式加速度傳感器與前置放大器集成在一起。產(chǎn)品外形。壓電式加速度傳感器與前置放大器集成在一起。3、三向加速度傳感器第一組：壓縮型第二組：剪切型第三組：剪切型預(yù)緊筒壓電元件方法：利用三組石英壓電元件,共用質(zhì)量塊3、三向加速度傳感器第一組：壓縮型預(yù)緊筒壓電元件方法：利用三思考1：如何實現(xiàn)三個壓電片值只對一個方向敏感？思考2：分析d25的影響。(面內(nèi)剪切）FXFZFYyx切型xy切型yx切型d26d26d11答：依靠慣性質(zhì)量塊和合理的壓電切型。思考1：如何實現(xiàn)三個壓電片值只對一個方向思考2：分析d25的chap8壓電式傳感器教學(xué)課件用于振動

分析

振動分析部分工具：加速度計、力傳感器

用于振動

分析振動分析部分工具：加速度計、力傳感器HP振動分析系統(tǒng)組成HP振動分析系統(tǒng)組成§8.4.2壓電式力和壓力傳感器一、力傳感器1、單向力傳感器用途舉例：機(jī)床動態(tài)切削力測量等。壓電常數(shù)：d11。石英晶體F特點：體積小，重量輕（10g），固有頻率高（50KHz），分辨力高：10－3N。§8.4.2壓電式力和壓力傳感器一、力傳感器用途舉例：2、雙向力傳感器zyxT6T6測量FZ的石英測量FX的石英下面的石英：d11,xy切型；上面的石英：d26,yx切型；2、雙向力傳感器zyxT6T6測量FZ的石英測量FX的石英下雙向力傳感器俯視圖雙向力傳感器俯視圖3、三向力傳感器FXFZFY3、三向力傳感器FXFZFY三向力傳感器外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)加載位置三向力傳感器外形加載位置“y”測量電路改為“3”“y”測量電路改為“3”二、壓力傳感器

膜片式壓電壓力傳感器后座墊圈外殼石英晶片導(dǎo)電片傳力塊膜片石英晶片P二、壓力傳感器

膜片式壓電壓力傳感器后座墊圈外殼石英晶片導(dǎo)電預(yù)緊筒加載壓力傳感器芯體絕緣套外殼晶片組電極預(yù)緊筒膜片預(yù)緊方法：擰緊芯體。問題：膜片產(chǎn)生彎曲變形。解決方法：采用預(yù)緊筒；先預(yù)緊，后焊接膜片。預(yù)緊筒加載壓力傳感器芯體絕緣套外殼晶片組電極預(yù)緊筒膜片預(yù)緊方F1：石英晶片上受到的力F2：預(yù)緊筒圓周受到的力晶片組加載板殼體FFF1F2F1：石英晶片上受到的力晶片組加載板殼體FFF1F2k1：石英晶片組的剛度k2：預(yù)緊筒的剛度設(shè)計要求：k2<<k1。優(yōu)點：1）線性度好；2）利用水冷方式提高工作溫度。k1：石英晶片組的剛度設(shè)計要求：k2<<k1。優(yōu)點：chap8壓電式傳感器教學(xué)課件三、壓力傳感器的加速度補(bǔ)償補(bǔ)償方法1：減小慣性質(zhì)量補(bǔ)償方法2：加補(bǔ)償石英片補(bǔ)償晶片附加質(zhì)量塊測壓晶片組原因：由于加速度的作用，壓電元件上受到與總質(zhì)量成正比的慣性力的作用而產(chǎn)生電荷輸出，與壓力信號混疊，造成測量誤差。三、壓力傳感器的加速度補(bǔ)償補(bǔ)償方法1：減小慣性質(zhì)量補(bǔ)償晶片附補(bǔ)償方法3：雙膜片預(yù)加載（作用力相反）加速度補(bǔ)償上膜片預(yù)加載F1下膜片預(yù)加載F2上膜片的撓度變化為；下膜片的撓度變化為；設(shè)振動位移為，方向朝上。石英晶體的厚度沒有變化。補(bǔ)償方法3：雙膜片預(yù)加載（作用力相反）加速度補(bǔ)償上膜片預(yù)加載石英晶體的上表面作用力為：石英晶體的上表面作用力為：綜合效果：不產(chǎn)生電荷。對靈敏度的影響：由于兩個膜片對外力P相當(dāng)于并聯(lián)，所以每個膜片實際受力為P/2，所以靈敏度下降為原來的1/2。石英晶體的上表面作用力為：石英晶體的上表面作用力為：綜合效例2：已知一壓電式加速度傳感器的電壓放大器的總電容C=1000pf，總電阻R=500MΩ，傳感器的固有頻率為f0=30KHz,阻尼比=0.5,求幅值誤差在2%以內(nèi)的使用頻率。如何改善其低頻響應(yīng)性能？為什么壓電式傳感器不能測量絕對靜態(tài)量？解：例2：已知一壓電式加速度傳感器的電壓放大器的總電容C=100改善其低頻響應(yīng)性能方法：提高絕緣電阻和放大器的輸入電阻；或改用電荷放大器；得到：不能測量靜態(tài)量的原因：電荷通過并聯(lián)電阻泄漏。改善其低頻響應(yīng)性能方法：提高絕緣電阻和放大器的輸入電阻；或改§8.5誤差分析一、環(huán)境溫度的影響溫度T改變壓電常數(shù)d、介電常數(shù)、體電阻R、彈性模量E的變化?！?.5誤差分析一、環(huán)境溫度的影響溫度T改變壓電常數(shù)d、熱釋電效應(yīng)的影響熱釋電效應(yīng)：晶體材料在溫度變化時釋放電荷的現(xiàn)象.對多